化学的手がかりは恐竜の代謝を明らかにする

研究の一部として調査された動物のサブセットの概略図。 代謝率とその結果生じる熱生理学的戦略は色分けされており、オレンジ色は温血と一致する高い代謝率を特徴づけ、青色は冷血と一致する低代謝率を特徴づけます。 左から右へ:プレシオサウルス、ステゴサウルス、ディプロドクス、アロサウルス、カリプテ(現代のハチドリ)。 クレジット:J。Wiemann

何十年もの間、古生物学者は恐竜が現代の哺乳類や鳥のように温血動物であるのか、それとも現代の爬虫類のように変温動物であるのかについて議論してきました。 恐竜が温血か冷血かを知ることで、恐竜がどれほど活発で日常生活がどのようなものであったかを知ることができますが、恐竜の温血か冷血かを判断する方法は、代謝によって酸素がエネルギーに変わるまでの時間です。決定的ではありませんでした。 しかし、新しい論文では 自然、科学者たちは、恐竜の代謝率を研究するための新しい方法を発表しています。これは、個々の動物が人生の最後の1時間にどれだけ呼吸したかを示す手がかりを骨に使用しています。

「これは古生物学者として私たちにとって本当にエキサイティングです。恐竜が温血動物であるか冷血動物であるかという問題は古生物学で最も古い問題の1つであり、今ではほとんどの恐竜が温血動物であるというコンセンサスが得られていると思います」と述べています。論文の筆頭著者であり、カリフォルニア工科大学の博士研究員であるJasminaWiemann氏。

「JasminaWiemannによって開発された新しいプロキシを使用すると、絶滅した生物の代謝を直接推測できます。これは、ほんの数年前に夢見ていたことです。また、以前は他の方法に基づいて提案されていた、さまざまなグループを特徴付けるさまざまな代謝率も見つかりました。しかし、直接テストされることはありませんでした」と、シカゴのフィールド博物館の博士研究員であり、研究の著者の1人であるマッテオファブリは述べています。

代謝については、誰かが体調を整えるのがいかに簡単かという観点から語られることがありますが、その核となるのは、「代謝とは、呼吸する酸素を、体に燃料を供給する化学エネルギーにどれだけ効果的に変換するかです」と語っています。エール大学とロサンゼルス郡自然史博物館と提携しています。

代謝率の高い動物は吸熱性または温血動物です。 鳥や哺乳類のような温血動物は、体温を維持して活動を続けるために、大量の酸素を摂取し、大量のカロリーを消費する必要があります。 爬虫類のような変温動物、または発熱性の動物は、呼吸が少なく、食べる量も少なくなります。 彼らのライフスタイルは、温血動物よりもエネルギー的に高価ではありませんが、代償が伴います。変温動物は、体が機能するのに適切な温度に保つために外界に依存しています(トカゲが日光浴をしているように)、そして、彼らは温血動物よりも活動的でない傾向があります。

鳥は温血動物であり、爬虫類は冷血動物であり、恐竜は議論の真っ只中に捕らえられました。 白亜紀の終わりに大量絶滅を生き延びた恐竜は鳥だけですが、恐竜(ひいては鳥)は技術的には爬虫類です。鳥以外では、最も近い生きている親戚はワニとワニです。 それで、恐竜は温血動物になるのでしょうか、それとも変温動物になるのでしょうか?

科学者たちは、恐竜の骨の化学的および骨組織学的分析から恐竜の代謝率を収集しようとしました。 「これまで、人々は基本的に古温度計のように機能する同位体地球化学で恐竜の骨を見てきました」とウィーマンは言います。研究者は化石中の鉱物を調べ、それらの鉱物がどの温度で形成されるかを決定します。「これは本当にクールなアプローチです。それが発表されたときは本当に革命的であり、絶滅した動物の生理学について非常にエキサイティングな洞察を提供し続けています。しかし、化石化プロセスが私たちが拾う同位体信号をどのように変化させるかはまだよくわかっていません。そのため、化石から現代の動物までのデータを明確に比較することは困難です。」

代謝を研究するための別の方法は成長率です。 「恐竜の骨組織の断面を見ると、年輪のように、何年にもわたる成長に対応する一連の線が見えます」とFabbri氏は言います。 「成長の線とそれらの間のスペースを数えて、恐竜がどれだけ速く成長したかを確認できます。制限は、成長率の推定値を代謝に変換する方法に依存します。成長が速くなったり遅くなったりすることは、動物の人生の段階と関係があります。代謝によって、若いときは速く成長し、年をとったときは遅くなるようになります。」

Wiemann、Fabbri、および彼らの同僚によって提案された新しい方法は、骨に存在するミネラルや恐竜がどれだけ速く成長したかを調べていません。 代わりに、彼らは代謝の最も基本的な特徴の1つである酸素の使用に注目しています。 動物が呼吸すると、タンパク質、糖、脂質と反応する副産物が形成され、分子の「老廃物」が残ります。 この廃棄物は非常に安定していて水に不溶性であるため、化石化プロセス中に保存されます。 それは恐竜がどれだけの酸素を吸い込んでいたか、そしてそれ故にその代謝率の記録を残します。

熱血のT.レックスと冷血のステゴサウルス:化学的手がかりが恐竜の代謝を明らかにする

タンパク質性骨基質の化石化産物の代謝シグナル(代謝架橋)について調査された恐竜標本の1つ(アロサウルス)の骨から抽出された軟組織の顕微鏡写真。 化石化は、代謝架橋と組み合わせて、骨細胞(暗く分岐構造)と血管(中央の管状構造)を所定の位置に保持する化石細胞外マトリックスの特徴的な茶色を生成する追加の架橋を導入します。 クレジット:J。Wiemann

研究者たちは、暗い色の化石大腿骨でこれらの分子廃棄物を探しました。これらの暗い色は、多くの有機物が保存されていることを示しているからです。 彼らはラマンおよびフーリエ変換赤外分光法を使用して化石を調べました。「これらの方法はレーザー顕微鏡のように機能し、基本的に代謝率を示すこれらの分子マーカーの存在量を定量化できます」とWiemannは言います。 「それは非破壊的であるため、古生物学者にとって特に魅力的な方法です。」

チームは、恐竜、飛んでいるいとこである翼竜、より遠い海の親戚である首長竜、現代の鳥、哺乳類、トカゲなど、55の異なるグループの動物の大腿骨を分析しました。 彼らは、呼吸に関連する分子副産物の量を生きている動物の既知の代謝率と比較し、それらのデータを使用して絶滅した動物の代謝率を推測しました。

チームは、恐竜の代謝率が一般的に高いことを発見しました。 恐竜には、竜盤類と鳥盤類の2つの大きなグループ、トカゲの腰と鳥の腰があります。 トリケラトプスやステゴサウルスのようなトカゲに覆われた恐竜は、変温動物のそれに匹敵する低い代謝率を持っていました。 獣脚類や竜脚類(ヴェロキラプトルやT.レックスのような2本足の鳥のような略奪的な恐竜)やブラキオサウルスのような巨大で首の長い草食動物などの鳥の頭の恐竜は、温かい、あるいは熱血でさえありました。 研究者たちは、これらの恐竜のいくつかが温血動物だけでなく、哺乳類よりもはるかに高い現代の鳥に匹敵する代謝率を持っていることを発見して驚いた。 これらの結果は、そのような傾向を示唆したが、代謝を推測するための直接的な代理がないため、直接的な証拠を提供できなかった以前の独立した観察を補完します。

これらの発見は、恐竜の生活がどのようなものであったかについて、根本的に新しい洞察を私たちに与えることができると研究者は言います。

「代謝率の低い恐竜は、ある程度、外気温に依存していたでしょう」とウィーマンは言います。 「トカゲとカメは太陽の下で日光浴をします。代謝率が非常に低い鳥盤類でも同様の「行動」体温調節を考慮する必要があるかもしれません。変温恐竜も寒い季節や気候の間に暖かい気候に移動しなければならなかったかもしれません。これらの恐竜のいくつかが住むことができる場所の選択的な要因だったかもしれません。」

一方、熱血恐竜はもっと活発で、たくさん食べる必要があっただろうと彼女は言います。 「熱血の巨大竜脚類は草食動物であり、この代謝システムを養うには多くの植物が必要でした。それらは非常に効率的な消化器系を持っていました、そしてそれらはとても大きいので、おそらく彼らが冷やすのはもっと問題でした熱くなるよりも下がる。」 一方、鳥を含む獣脚類恐竜は、一部のメンバーが飛行を進化させる前から、高い代謝を発達させました。

「絶滅した動物の生物学と生理学を再構築することは、古生物学で行うのが最も難しいことの1つです。この新しい研究は、深遠な生理学の進化を理解する上でパズルの基本的な部分を追加し、これらの質問を調査するために使用された以前のプロキシを補完します。同位体による体温、骨組織学による成長戦略、化学プロキシによる代謝率を推測できるようになりました」とFabbri氏は述べています。

この研究は、恐竜がどのようなものであったかについての洞察を与えることに加えて、今日の私たちの周りの世界をよりよく理解するのにも役立ちます。 鳥を除いて恐竜は、6500万年前に小惑星が地球を襲ったときに大量絶滅で死にました。 「大量絶滅を生き延び、その後の放射に成功することに関しては、代謝率が高いことが一般的に重要な利点の1つとして示唆されています」と、ウィーマンは言います。 ‘代謝能力の増加。 しかし、この研究は、これが真実ではないことを示すのに役立ちます。鳥のような、並外れた代謝能力を持つ多くの恐竜が絶滅しました。

「私たちは6回目の大量絶滅の危機に瀕しています。そのため、現代の絶滅した動物が以前の気候変動や環境の混乱にどのように生理学的に反応したかを理解することが重要です。これにより、過去が現在の生物多様性の保全に情報を提供できるようになります。私たちの将来の行動を知らせてください。」


研究は恐竜が温血動物であったことを示唆しています


詳しくは:
Jasmina Wiemann、化石生体分子は、祖先の恐竜における鳥のような代謝を明らかにします、 自然 (2022)。 DOI:10.1038/s41586-022-04770-6。 www.nature.com/articles/s41586-022-04770-6

引用:熱血T.レックスと冷血ステゴサウルス:化学的手がかりが恐竜の代謝を明らかにする(2022年5月25日)2022年5月26日https://phys.org/news/2022-05-hot-blooded-rex-coldから取得-血まみれのステゴサウルス-chemical.html

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